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1、专题专题2 细胞工程细胞工程 细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过理和方法，通过细胞水平细胞水平或或细胞器水平细胞器水平上的操作，按上的操作，按照人们的意愿来照人们的意愿来改变改变细胞内的细胞内的遗传物质遗传物质或或获得细胞产获得细胞产品品的一门综合科学技术。的一门综合科学技术。什么叫细胞工程？包括哪两大领域？什么叫细胞工程？包括哪两大领域？植物细胞工程一、植物组织培养一、植物组织培养 植物组织培养就是在植物组织培养就是在无菌无菌和和人工人工控制控制条件下，将条件下，将离体离体的植物器官、的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的组织
2、、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。终形成完整的植株。切取切取形成层形成层无菌无菌接种接种诱导愈伤组织诱导愈伤组织的形成的形成试管苗的形成试管苗的形成培养室培养室移栽移栽脱分化脱分化再分化再分化已经分化已经分化的细胞，经过的细胞，经过激素激素诱导后，失去其特有的诱导后，失去其特有的结构和功能结构和功能而变成而变成未分化未分化的的细胞的过程，又称细胞的过程，又称去分化去分化。由高度由高度液泡化液泡化的的薄壁薄壁细胞细胞形成具有形成具有分生分生能能力的力的未分化未分化的组织。的
3、组织。脱分化产生的愈伤组织在激素诱导脱分化产生的愈伤组织在激素诱导重新分化成根或芽等器官的过程。重新分化成根或芽等器官的过程。1 1、定义：、定义： 具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。都具有发育成完整生物体的潜能。 2 2、原因：、原因： 生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗全套遗传物质传物质，都有发育成为完整个体所必需的，都有发育成为完整个体所必需的全部基因全部基因二、细胞的全能性二、细胞的全能性3 3、差异：、差异： （1 1）与细胞分化呈反比，分化程度低全能性反而
4、高。）与细胞分化呈反比，分化程度低全能性反而高。（2 2）受精卵）受精卵最高最高，生殖细胞，生殖细胞较高较高，体细胞，体细胞低低 受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞4 4、大小：、大小：植物细胞动物细胞植物细胞动物细胞 注意：生物体内的细胞不表现出全能性，而是分化成不同注意：生物体内的细胞不表现出全能性，而是分化成不同的组织器官的组织器官激素：激素：细胞分裂素细胞分裂素和和生长素生长素。两者用量的比例。两者用量的比例影响植物细胞的发育方向。影响植物细胞的发育方向。生长素生长素/ /细胞分裂素细胞分裂素: :比值高时，有利于比值高时，有利于根根的分化；的分化；生长素生长素/ /细胞分裂素细
5、胞分裂素: :比值低时，有利于比值低时，有利于芽芽的分化；的分化；生长素生长素/ /细胞分裂素细胞分裂素: :比值适中，促进比值适中，促进愈伤组织的形成愈伤组织的形成。三、植物体细胞杂交三、植物体细胞杂交 概念：概念：将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。1 1、去除细胞壁（纤维素酶、果胶酶）后得到的是原生质体、去除细胞壁（纤维素酶、果胶酶）后得到的是原生质体物理物理 ：离心：离心、振动振动、电电刺激刺激 化学化学: : 聚乙二醇聚乙二醇(PEG)(PEG)2
6、2、两个原生质体发生融合两个原生质体发生融合，首先是什么融合首先是什么融合？利用了？利用了什么原理？什么原理？什么方法？什么方法？ 细胞膜细胞膜细胞膜的流动性细胞膜的流动性3 3、植物细胞融合成功标志是什么？、植物细胞融合成功标志是什么？杂种细胞产生新的细胞壁杂种细胞产生新的细胞壁4 4、形成了、形成了杂种细胞杂种细胞后后，如何才能得到杂种植株？如何才能得到杂种植株？植物组织培养植物组织培养 脱分化脱分化再分化再分化杂杂种种植植株株融合融合的原的原生质生质体体ABAB再再生生出出细细胞胞壁壁脱脱分分化化愈愈伤伤组组织织再再分分化化植物细胞的融合植物细胞的融合植物组织培养植物组织培养植物细胞植物
7、细胞A A原生质体原生质体B B原生质体原生质体A A杂杂种种细细胞胞ABAB去去 壁壁去去 壁壁人人工工诱诱导导方法？方法？促进融合促进融合的方法？的方法？植物细胞植物细胞B B植物组织培养植物组织培养植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术所属所属范畴范畴原理原理步骤步骤意义意义联系联系无性繁殖无性繁殖细胞全能性细胞全能性脱分化脱分化再分化再分化保持优良性状保持优良性状繁殖速度快、大规模生产繁殖速度快、大规模生产提高经济效益提高经济效益杂交技术应用了组织培养杂交技术应用了组织培养克服不同种生物克服不同种生物远源杂交的障碍远源杂交的障碍去除细胞壁去除细胞壁融合形成杂种细胞融合形成杂种细胞组织培养
8、组织培养膜流动性、细胞全能性膜流动性、细胞全能性染色体变异、基因重组染色体变异、基因重组问题问题1：为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄地下结马铃薯？茄地下结马铃薯？主要原因：主要原因：生物基因的表达不是孤立的，它们之间生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯是相互调控、相互影响的，所以马铃薯番茄杂交番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些些遗传物质的表达受到相互干扰遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯，不能再
9、像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，所以杂交或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，所以杂交植株不能地上长番茄地下结马铃薯。植株不能地上长番茄地下结马铃薯。意义：意义：打破了植物远缘杂交不亲和的障碍，打破了植物远缘杂交不亲和的障碍，扩大了用于杂交的亲本组合范围。扩大了用于杂交的亲本组合范围。 繁殖植物的新途径繁殖植物的新途径微型繁殖微型繁殖作物脱毒作物脱毒人工种子人工种子 育种新方法育种新方法单倍体育种单倍体育种诱导突变体诱导突变体 细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）一、一、 植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径
10、 病毒容易沿植物体的病毒容易沿植物体的维管组织维管组织传播，而传播，而分分生组织区中生组织区中缺乏缺乏维管维管系统，因此不含病毒。系统，因此不含病毒。 故选用分生组织进行植物组织培养可以让故选用分生组织进行植物组织培养可以让培育出来的植物不会或极少感染病毒。培育出来的植物不会或极少感染病毒。 分生组织常见分布在茎尖、根尖。分生组织常见分布在茎尖、根尖。1.1.作物脱毒的原因作物脱毒的原因: :2.2.作物脱毒的材料作物脱毒的材料: :3.3.作物脱毒的方法作物脱毒的方法: :4.4.作物脱毒的结果作物脱毒的结果: :长期进行无性繁殖的作物，易积累感染长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒的病
11、毒，导致产量降低，品质变差，导致产量降低，品质变差分生区（如茎尖）的细胞分生区（如茎尖）的细胞进行茎尖组织培养进行茎尖组织培养获得脱毒苗获得脱毒苗5.5.成就成就: :（二）作物脱毒（二）作物脱毒脱毒的马铃薯、草莓、菠萝、甘蔗、香蕉脱毒的马铃薯、草莓、菠萝、甘蔗、香蕉（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子 1 1）培育周期长）培育周期长 2 2）优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其）优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其优良特性优良特性 3 3）生产会受到季节、气候和地域的限制，并）生产会受到季节、气候和地域的限制，并且需要占用大量的土地实现制种且需要占用大量的土地实现制种胚状体植物的胚：受精
12、卵发育形成的幼小植植物的胚：受精卵发育形成的幼小植物体，是种子最重要的部分。物体，是种子最重要的部分。胚芽：胚芽：位于胚的顶端，发育为植物的地上部分位于胚的顶端，发育为植物的地上部分胚轴：胚轴：胚根：胚根：发育成植物的主根，形成植株的根系发育成植物的主根，形成植株的根系子叶：子叶：胚芽和胚根之间，与子叶相连，以后形成胚芽和胚根之间，与子叶相连，以后形成根茎相连的部分，帮助子叶破土而出。根茎相连的部分，帮助子叶破土而出。胚具胚具1片子叶的，称单子叶植物（它的营养片子叶的，称单子叶植物（它的营养主要来自胚乳），如玉米，主要来自胚乳），如玉米，具具2片子叶的，称双子叶植物（它的营养主要片子叶的，称双
13、子叶植物（它的营养主要来自子叶），如花生来自子叶），如花生胚胚（一）单倍体育种（一）单倍体育种二 作物新品种的培育 秋水仙素秋水仙素（二）突变体的利用 动物细胞培养动物细胞培养动物细胞融合动物细胞融合单克隆抗体技术单克隆抗体技术 核移植核移植动物细胞工动物细胞工程常用技术程常用技术动物细胞工程一、动物细胞培养一、动物细胞培养 1. 1.概念：概念：从动物有机体中从动物有机体中取出取出相关的组织相关的组织, ,将它将它分散分散成单个细胞成单个细胞, ,然后放在适宜的培养基中然后放在适宜的培养基中, ,让这些让这些细胞细胞生长和增殖生长和增殖。2.2.动物细胞的培养过程动物细胞的培养过程 幼龄动物
14、幼龄动物剪碎组织剪碎组织胰蛋白酶处理胰蛋白酶处理细胞培养细胞培养分散成单个细胞分散成单个细胞取幼龄动物组织块取幼龄动物组织块细胞贴壁：细胞贴壁：培养贴附性细胞时候，细胞要能够培养贴附性细胞时候，细胞要能够贴附贴附于底于底物上才能生长繁殖。物上才能生长繁殖。接触抑制接触抑制：贴壁细胞分裂生长到表面相互贴壁细胞分裂生长到表面相互接触接触时，细胞时，细胞就会就会停止停止分裂增殖。分裂增殖。原代培养：原代培养：动物组织消化后的初次培养。包括培养的动物组织消化后的初次培养。包括培养的第第1代细胞与传了代细胞与传了10代以内的细胞。代以内的细胞。传代培养：传代培养：将原代细胞从培养瓶中取出，配制成细胞悬将
15、原代细胞从培养瓶中取出，配制成细胞悬浮液，浮液，分装分装到两个或两个以上的培养瓶中继续培养，称到两个或两个以上的培养瓶中继续培养，称为传代培养。为传代培养。细胞株：细胞株：原代细胞一般传至原代细胞一般传至10代左右细胞生长停滞，大代左右细胞生长停滞，大部分细胞衰老死亡，少数细胞存活到部分细胞衰老死亡，少数细胞存活到4050代，这种传代代，这种传代细胞为细胞株。细胞为细胞株。细胞系：细胞系：细胞株传代至细胞株传代至50代后又出现细胞生长停滞状态，代后又出现细胞生长停滞状态，只有部分细胞由于遗传物质的改变，使其在培养条件下可只有部分细胞由于遗传物质的改变，使其在培养条件下可以无限制传代，这种传代细
16、胞为细胞系。以无限制传代，这种传代细胞为细胞系。细胞贴壁现象细胞贴壁现象 细胞在贴壁生长细胞在贴壁生长过程中过程中, ,随着细胞分随着细胞分裂裂, ,数量不断增加数量不断增加, ,最后形成单层细胞最后形成单层细胞, ,此时细胞间相互接此时细胞间相互接触触, ,细胞分裂和生长细胞分裂和生长停止。停止。接触抑制接触抑制动物胚胎或幼龄动物的组织、器官动物胚胎或幼龄动物的组织、器官细胞悬浮液细胞悬浮液胰蛋白酶胰蛋白酶1010代细胞代细胞原代培养原代培养5050代细胞代细胞细胞株细胞株无限传代无限传代细胞系细胞系传代培养传代培养单个细胞单个细胞加培养液加培养液（分装前）（分装前）比较项目比较项目植物组织
17、培养植物组织培养动物细胞培养动物细胞培养原理原理培养基性质培养基性质培养基特有成培养基特有成分分培养结果培养结果培养目的培养目的细胞的全能性细胞的全能性细胞增殖细胞增殖固体培养基固体培养基液体培养基液体培养基蔗糖蔗糖 植物植物激素激素葡萄糖葡萄糖 动物动物血清血清植物体植物体细胞株、细胞系细胞株、细胞系快速繁殖、快速繁殖、 培育培育无病毒植株无病毒植株获得细胞或细获得细胞或细胞分泌蛋白胞分泌蛋白二、动物细胞融合二、动物细胞融合概念：概念： 指两个或多个动物细胞指两个或多个动物细胞结合结合形形成一个细胞的过程。成一个细胞的过程。结果：结果：形成单核的杂交细胞形成单核的杂交细胞原理：原理： 细胞膜
18、的流动性细胞膜的流动性诱导诱导方法：方法：物理法：离心、振动、电激物理法：离心、振动、电激化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEG)PEG)生物法：灭活的病毒生物法：灭活的病毒细胞核病毒颗粒细胞核灭活的病毒颗粒黏附在细胞表面细胞膜被病毒颗粒穿过细胞膜连接细胞融合，形成杂种细胞 病毒表面含有的病毒表面含有的糖蛋白糖蛋白和一些酶能够与和一些酶能够与细胞膜上的细胞膜上的糖蛋白糖蛋白发生作用，使细胞相互凝发生作用，使细胞相互凝集，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新集，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合。排布，细胞膜打开，细胞发生融合。 灭活：灭活：是指用是指用物理或化学
19、物理或化学手段使病毒失手段使病毒失去感染细胞的能力，但是并不破坏病毒的抗去感染细胞的能力，但是并不破坏病毒的抗原结构。原结构。 注意：注意：动物细胞的融动物细胞的融合也需要把多个两种细合也需要把多个两种细胞放在一起，让它们随胞放在一起，让它们随机融合后，再从中筛选机融合后，再从中筛选杂交细胞。杂交细胞。 意义：意义：突破了有性杂交方法的局限，突破了有性杂交方法的局限，使使远缘杂交远缘杂交（种间、属间、科间、动植物（种间、属间、科间、动植物之间）之间）成为可能成为可能。 长期以来，为了获得抗体，采用的是把长期以来，为了获得抗体，采用的是把某某种抗原种抗原反复注射到动物体内，然后从反复注射到动物体
20、内，然后从动物血动物血清清中分离出所需抗体的方法。用这种方法获中分离出所需抗体的方法。用这种方法获得的抗体，不仅得的抗体，不仅产量低产量低，而且抗体的，而且抗体的特异性特异性差，纯度低差，纯度低，反应不够灵敏。，反应不够灵敏。 将能够产生特定抗体的将能够产生特定抗体的B B淋巴细胞淋巴细胞和具和具有无限增殖能力的有无限增殖能力的骨髓瘤骨髓瘤细胞融合在一起，细胞融合在一起，形成形成杂交瘤细胞。杂交瘤细胞。注射抗原注射抗原B B淋巴淋巴细胞细胞骨髓瘤细胞骨髓瘤细胞融合融合专一抗体专一抗体检验阳性检验阳性选择性培养基筛选选择性培养基筛选克隆化克隆化单克隆抗体单克隆抗体专一抗体检验阳性专一抗体检验阳性
21、用有限稀释法进用有限稀释法进行单克隆，再专行单克隆，再专一抗体检验阳性一抗体检验阳性克隆化克隆化5 5、单克隆抗体的概念：、单克隆抗体的概念： 由单个由单个B B淋巴细胞进行淋巴细胞进行无性繁殖无性繁殖形成的细胞群，形成的细胞群，产生的化学性质产生的化学性质单一单一、特异性强特异性强的抗体。的抗体。6 6、单克隆抗体的优点：、单克隆抗体的优点：特异性强、灵敏度高、产量大特异性强、灵敏度高、产量大单克隆抗体的应用单克隆抗体的应用1 1、诊断试剂、诊断试剂2 2、运载药物、运载药物“生物导弹生物导弹”准确、高效、简易、快速准确、高效、简易、快速抗抗人绒毛膜促性腺激素人绒毛膜促性腺激素单克隆抗体单克
22、隆抗体 在受精后不久，胎盘滋养层细胞就会分泌在受精后不久，胎盘滋养层细胞就会分泌人人绒毛膜促性腺激素绒毛膜促性腺激素(HCG)，是由受孕妇女体内胎，是由受孕妇女体内胎盘产生的一种糖蛋白类激素，在孕妇的尿液中大盘产生的一种糖蛋白类激素，在孕妇的尿液中大量存在。而在非妊娠妇女尿液中几乎不含有。量存在。而在非妊娠妇女尿液中几乎不含有。 甲胎蛋白（甲胎蛋白（AFP）是一种特异性较强的肿瘤是一种特异性较强的肿瘤标志物，用甲胎蛋白作为标志物，用甲胎蛋白作为抗原抗原免疫小鼠，制备免疫小鼠，制备抗抗AFP单克隆抗体单克隆抗体，并与含有放射性同位素的标，并与含有放射性同位素的标记物连接，单克隆抗体携带放射性标记
23、物通过记物连接，单克隆抗体携带放射性标记物通过全身血液渗透到所有组织。由于肿瘤细胞表面全身血液渗透到所有组织。由于肿瘤细胞表面的的AFP会和单克隆抗体特异性的结合，所以放射会和单克隆抗体特异性的结合，所以放射性同位素标记物就不断积累在肿瘤上。通过一性同位素标记物就不断积累在肿瘤上。通过一定的显影技术就可以发现肿瘤所在。定的显影技术就可以发现肿瘤所在。生物导弹：生物导弹： 用用癌细胞癌细胞作为作为抗原抗原，免疫小鼠，制备，免疫小鼠，制备抗抗癌癌细胞细胞单克隆抗体单克隆抗体，并与抗癌药物连接，便制成，并与抗癌药物连接，便制成了生物导弹，注入患者体内，借助单克隆抗体了生物导弹，注入患者体内，借助单克
24、隆抗体的的导向作用导向作用，将药物定向带到癌细胞所在位置，将药物定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞。这样既不损伤正常细胞，在原位杀死癌细胞。这样既不损伤正常细胞，又减少了药剂的用量。又减少了药剂的用量。四、动物体细胞核移植技术和克隆动物四、动物体细胞核移植技术和克隆动物 核移植核移植：是将动物的一个细胞的细胞核是将动物的一个细胞的细胞核, ,移入移入一个一个已经已经去掉细胞核去掉细胞核的卵母细胞中，使其的卵母细胞中，使其重组并发育重组并发育成一成一个新的胚胎个新的胚胎, ,这个新的胚胎最终这个新的胚胎最终发育发育为动物个体。为动物个体。克隆动物：克隆动物：用核移植的方法得到的动物。用核移
25、植的方法得到的动物。 克隆（克隆（cloneclone）：）：是指通过无性生殖而产生的具是指通过无性生殖而产生的具有完全相同的遗传组成的一群细胞或者生物的个体。有完全相同的遗传组成的一群细胞或者生物的个体。指个体、细胞、基因等不同水平上的无性增殖物。指个体、细胞、基因等不同水平上的无性增殖物。、核移植之前，为何要去掉受体卵母细胞的核？、核移植之前，为何要去掉受体卵母细胞的核？ 为使核移植动物的核遗传物质全部来自有利用价值为使核移植动物的核遗传物质全部来自有利用价值的动物提供的细胞。的动物提供的细胞。、用于核移植的供体细胞一般都选用传代、用于核移植的供体细胞一般都选用传代1010代以内代以内的细
26、胞，为什么？的细胞，为什么？1010代以内的细胞保持一般保持正常二倍体的核型代以内的细胞保持一般保持正常二倍体的核型3 3、细胞核移植生产的克隆动物是对体细胞供体动物进、细胞核移植生产的克隆动物是对体细胞供体动物进行了行了100%100%的复制吗？为什么？的复制吗？为什么？ 不是，克隆动物绝大部分不是，克隆动物绝大部分DNADNA来自供体细胞核，但核外来自供体细胞核，但核外还有少部分还有少部分DNADNA（如线粒体（如线粒体DNADNA）来自受体卵母细胞。）来自受体卵母细胞。4、细胞核移植为何选用去核的卵母细胞？、细胞核移植为何选用去核的卵母细胞？ 卵母细胞具有卵母细胞具有体积大、易操作、营养物质丰富以及体积大、易操作、营养物质丰富以及细胞质含有促进细胞核全能性表达的物质细胞质含有促进细胞核全能性表达的物质的特点的特点2.2.体细胞核移植技术的应用前景体细胞核移植技术的应用前景